La réponse Immunitaire et sa régulation

1. La réponse Immunitaireetsa régulation DFGSM2 Rangueil 2011-12 Michel Abbal

2. Quelques rappels

3. CPA CD8 naïf CD4 naïf Présentation de l’Ag CD4 activé Activation du lymphocyte CD8 activé Prolifération Expansion (clonale) CD4 Mémoire Vie longue CD8 Mémoire Vie longue CD8 effecteur Vie courte CD4 effecteur Vie courte

4. Les différentes interactions cellulairesinitiatrices d’une réponse CD8 CD8 B CD4 CD4 • Les molécules membranaires : • HLA peptide TCR, BCR épitope, les cosignaux • Les molécules solubles : cytokines

5. Schématisation simplifiée de l’activation de la réponse humorale et cellulaire CPA Phagocytose - Présentation Ag B Sélection CD8 CD4 Multiplication cytokines cytokines Différenciation cytokines cytokines Th Cytotoxicité - Neutralisation Tcytotox Ac Plasmocyte

6. La constitution des répertoires Cellule souche Le hasard Puis l’élimination des clones autoréactifs L’Ag sélectionne et entraine la prolifération des clones spécifiques

7. Comment les lymphocytes se "parlent" Des molécules à la membrane cytoplasmique des molécules solubles cytokines, lymphokines, interleukines, Ligands et leurs inhibiteurs des récepteurs Médicaments modernes Une cellule Un lymphocyte Contact intercellulaire Activation ou Inhibition du lymphocyte Médiateurs solubles

8. Chaque cellule a son rôle dans la réponse immune Treg T h T cytotox B CPA

9. Le CD4 aide le CD8 aide le B CD4 CD8 B CD4 Le CD4 est dit h (helper) parce qu’il aide d’autres cellules à faire mais il peut aussi empêcher, il est alors dit régulateurs (on n’ose pas dire suppresseur)

10. Mais le CD4 peut inhiber la réponse immune des autres lymphocytes(c'est un Trégulateur "Treg ") CD4 CD8

11. Mais la réponse immune est beaucoup plus complexe • Il y a plusieurs modes de réponses : • dues à des sous populations de CPA et de lymphocytes impliquées • Mais surtout il y a des non réponses : • Par ignorance (non présentation, pas de cellules spécifiques..) • Active (tolérance)

12. L’immunité humorale • Définition : • Humorale (les humeurs = liquides) • sang (sérum, plasma), • LCR, • larmes, sécrétions(muqueuses, lait) • tous les liquides extra-cellulaires • Sérique limitée en principe au sérum mais de portée • beaucoup plus large, en raison de son exploration facile et de sa connexion (équilibre ,) avec tous les compartiments extra cellulaires de l’organisme.

13. Répartition des Igdans les différents compartiments sang Autres liquides En principe en équilibre mais avec des coefficient de diffusion variables suivant les barrières (exemple sang/LCR)

14. Généralités sur la production des anticorps • Préexistence dans la moelle avant tout contact avec l’antigène(génération aléatoire du complexe VDJ donc de l’activité anticorps) • La production en quantité importanteest déclenchée par les contacts antigéniques • Disponibilité grande • (de par leur grande solubilité et donc diffusion dans tous les espaces extracellulaires) • meilleure diffusion des IgG / aux IgM • Affinité qui va augmentant avec : • les stimulations antigéniques • les isotypes IgG > IgM

15. Les phases indépendantes et dépendantes de l’antigène Indépendante : Dans la moelle Génération au hasard de la spécificité anticorps par réarrangement VDJ. Elimination des auto-anticorps (voir Thymus pour les T) Passage dans la circulation de lymphocytes B exprimant une IgM qui vont coloniser rate et ganglions Dépendante de l’antigène : Contact épitope IgM de membrane (BCR) entraîne L’activation de la cellule avec l’aide d’un CD4Th et de co-signaux CD40-CD40L & B7CD28

16. Au stade immature dans la moelle : • seulement 10% des B survivront • si l’antigène entre en contact avec l’IgM de membrane : • la cellule se met en apoptose. • Or les seuls antigènes (en principe présents) dans la moelle sont des auto-antigènes. C’est donc un moyen de faire "le ménage"=> sélection négative des B • Au stade mature : • Si Th et co-signaux => activation Signaux de vie ou d’activation Différenciation en plasmocyte Cellule mémoire

17. Lieu d’activation des lymphocytes B Chronologie des contacts avec l’Ag Pour les antigènes circulants : majoritairement dans la rate Pour les antigènes tissulaires : dans le ganglion de drainage et in situ Réponse primaire : la première Réponse secondaire : la seconde Réponse anamnestique : se souvient encore bien qu’apparemment il n’y ait plus d’anticorps !

18. Un dialogue à 3 ou à 2 pour une réponse humorale Ces cellules sont regroupées et en contact étroit par la présence de l'antigène ou ses épitopes dans un ganglion CD4 CD4 CD B B Le lymphocyte B joue dans un premier temps le rôle de CPA Le lymphocyte B reconnait un épitope à la surface de la CPA Le CD4 active le B

19. Dynamique de la réponse humorale Titre IgG ou IgA ou IgE IgM Temps (semaines) Réponse secondaire Réponse primaire Premier contact Deuxième contact

20. Dynamique de la réponse humorale Isotype Durée Titre Ac Temps de latence Affinité Ac Long (1 semaine) Faible Courte Faible IgM Premier contact avec l’antigène Court (qq jours à qq heures) Autre que IgM Deuxième et xième contact avec l’antigène Elevé Longue Forte

21. Pourquoi cette différence de temps de réponse en réponse primaire et secondaire ? Muqueuse Lymphatique Ganglion • Lors de la première rencontre avec l’antigène : • Il y a peu de cellules avec le bob récepteur à l’antigène • Lors de la deuxième rencontre avec l’antigène : • il y a beaucoup plus de cellules répondeuses donc une probabilité de rencontre entre les différents partenaires plus grande, donc plus rapide.

22. Conséquences pratiques Les rappels lors des vaccinations La datation des contacts antigéniques à des fins (grossesses à risque) diagnostiques (rétrospectives) décisionnelles thérapeutiques

23. Datation des évènements • Mise à profit des changements du profil anticorps consécutifs aux contacts successifs avec l’Ag: • Changement d’isotype • IgM = primaire • Autre que IgM (le plus svt IgG) = secondaire, • mais "mélange possible d’isotypes" • Taux des anticorps (titre +- élevé) • mais dépendant du moment de l’exploration • D’ou grande prudence pour interpréter des résultats et • recours à un deuxième prélèvement dans un intervalle de temps bien précis pour consolider l’interprétation

24. L’environnement de l'antigène conditionne en partie l'isotype en réponse secondaire Muqueux : IgA et IgG Pb des vaccins oraux Sous cutanée ou IM (vaccins) : IgG Des doses faibles répétées : IgE ? Mais surtout le type de coopération avec les T CD4 et les cytokines en présence

25. B7 CD28 Th B CD40 CD40L IFNg IL-5 CD28 B7 IL-4 Th IgG IgE IgA

26. L’orientation vers une réponse humorale Antigène CPA (CD2>CD1) Th (Th2 > Th1) Cytokines Il-3,4,5,6 Antigène CPA (CD1>CD2) Th (Th1 > Th2) Cytokines IL-12,IFNg L’orientation vers une réponsecellulaire

27. Régulation de la réponse humorale Par le taux circulant de l'isotype un des effets des IvIg (ex : peut être la désensibilisation en transplantation). Par le taux circulant de la spécificité anticorps par blocage par les Ac circulants de l'accès des épitopes au BCR par inhibition de l’activation des lymphocytes B par des Ig non membranaires fixées sur l’antigène et liées par le FcgRII membranaire du lymphocyte B Par l'équilibre du réseau idiotype anti-idiotype

28. C V C C C C C C V V C V CD 79 a CD 79 a CD 79 b CD 79 b S S S S S S S S I I T T A A M M Le Complexe BCR Ig de membrane Site anticorps = interaction avec l’épitope de l’antigène Membrane cellulaire Transduction du signal

29. antigène antigène S S Interactions membranaires activatrices du lymphocyte B C3d CD21 CD19 S S ITAM Transduction du signal

30. Rôle d’anticorps préexistants dans l’inhibition du lymphocyte B antigène C3d Anticorps préexistant soluble CD21 CD32 (FcgRIIb) (récepteur pour le fragment Fc des IgG) CD19 S S Transduction du signal

31. Fonction des anticorps Actifs sur les germes extra cellulaires (mais aussi intracellulaires comme les virus en empêchant leur diffusion de cellule à cellule (vaccins anti viraux très efficaces) Neutralisation toxines ex : botulinique fonction : agrégation, adhésion, mobilité des bactéries : (ex : strepto & caries dentaires; pili des gonocoques) médicament : insuline et résistance chez le diabétique traité Agglutination (in situ) Précipitation (in situ) Hémolyse (complément dépendante) Opsonisation (coopération avec les phagocytes) ADCC (coopération avec les cellules NK)

32. Exploration des Ig Qualitative : électrophorèse & immunofixation distribution :Polyclonale , oligoclonale, monoclonale Quantitative ou dosage Isotypes en routine : (dosage pondéral) IgG IgA IgM (explo de l’immunité) sous classes des IgG IgE (explo de l’allergie) Spécificité : c.à.d. mesure de l'activité anticorps sérodiagnostic, titrage In situ : (biopsies, frottis ) étude des cellules productrices d'Ig ou dépôts d'Ig sur des cellules ou des organites (membranes basales,..)

33. Electrophorèse des protéines seriques Test qualitatif et semi quantitatif pour les IgG

34. Dosage des Ig Taux des isotypes à interpréter en fonction de l'age. en fonction de la pathologie ex : cachexie, pertes urinaires, digestives Taux des activités anticorps à interpréter en fonction des normes spécifiques expressions en Unités +ou- arbitraires reproductibilité précision Coût d’un dosage des IgG IgA et IgM remboursement secu B85 (85 x 0.27 = 23 €)

35. La réponse cellulaire Pr Michel Abbal Faculté de médecine Toulouse Rangueil P2 année 2010-11

36. Etat fonctionnel des lymphocytes T 1 Naïf n'a pas encore rencontré l'antigène 2 rencontre l'antigène: activation (priming) 3 A rencontré l'antigène ; s’est différencié soit en effecteur mémoire anergique

37. Des marqueurs de membrane sont utilisés pour caractériser les états fonctionnels des lymphocytes T Ce ne sont pas de véritables marqueurs d’activation mais un ensemble de marqueurs plus ou moins associés à un état. Treg CD4+, CD62L+, CD45Ro+Ra-, Foxp3+, CD25h Gitrh T activé CD25+, CD38+, HLADR+ T mémoire CDCD45Ro+, CD28+ T naif CD4+, CD45Ra+, CD62L+

38. Un dialogue à 2 3 ou 4 pour initier une réponse CD TCD4 TCD8 B Ces 3 cellules sont regroupées et en contact étroit par la présence de l'antigène ou ses épitopes dans un ganglion Le B reconnaissent un épitope sur la molécule native ou un fragment exposé à la surface de la CD. Le T reconnaissent un épitope dans une molécule HLA de la CD ou du B qui joue dans un deuxième temps le rôle de CD. Le CD peut activer à lui seul un CD8 Le CD4 active ou inhibe les TCD8 ou les B.

39. Le complexe TCR des lymphocytes T C C C C C C V C V V V v v C C C CD79a CD79b CD79b CD79a S S S S S S S S I I T T A A M M CD3e CD3g CD 3d Pour comparaison BCR CD3e S S S S S S S S I I T T A A M M

40. Les différents lymphocytes T 1 TCD4 ou Th ou T4 (auxiliaire, amplificateur, régulateurs ) subdivisés en : Th1 Th2 Th17 et …. 2 TCD8 ou T8 ou cytotoxiques (Tc ou CTL) (les NK ne sont pas partie des lymphocytes T entre autre, parce qu’ils n’ont pas de TCR) (cas particulier des lymphocytes NKT et MAIT ….)

41. T naïves, activées et mémoires Les T naïfs sont plus abondant chez le nourrisson, l'enfant et l'adulte que chez le sujet âgé (on cite une barrière fatidique à 70 ans !) Les T mémoires sont de plus en plus nombreux au fur et à mesure que l'on accumule "des expériences" et donc avec l'age. Chez le sujet très âgé il n'y a que des cellules mémoires. Les stimulations (vaccinations ) sont alors plus ou moins productrices suivant le « vécu historique » de cet organisme. Chez l'adulte il y a environ une cellule naïve (pour un antigène particlier) pour 104 à 107 lymphocyte T !

42. Cet événement a lieu en général dans un organe lymphoïde périphérique le plus souvent un ganglion, C'est la conséquence de l'interaction du TCR (généré par la hasard et conservé après la sélection thymique) avec le peptide antigénique logé dans la molécule HLA d'une cellule présentatrice, c'est le premier signal ou signal antigénique Mais cela ne suffit pas pour qu'il y ait activation,il faut d'autres interactions appelées second signal ou cosignaux Seules les cellules présentatrices apportent correctement ces cosignaux En absence de cosignal, il n'y a pas d'activation mais au contraire une inactivation (inhibition du lymphocyte T), c'est entre autre une garantie contre l'auto-immunité. L'activation des T naïfs

43. L’activation de la cellule Résulte donc successivement : d’un signal antigénique (premier signal) de cosignaux (second signal) de production de cytokines (troisième signal)

44. Ces signaux mettent en jeu des interactions moléculaires Autour de l'axe TCR peptide HLA Une couronne d'interactions moléculaires de 2 types mécanique stabilisation de la liaison activatrices participant directement à la transduction d’un signal inhibitrices

45. La synapse immunologique Premier signal Second signal Lymphocyte T LFA-1 TCR CD2 CD28 TCR TCR CD2 CD28 TCR CD28 CD28 CD58 CD58 B7 B7 ICAM-I HLA CPA Molécules d’adhésion

46. Mise en exergue des interactions membranaires CD8 naïf CD4 naïf TCR HLA Classe I HLA Classe II TCR Stabilisation de la liaison +LFA-1 ICAM-1 = adhésion +CD28 B7 CD40 CD40L = co signaux Activation T activé Transduction du signal via CD3

47. Les cosignaux Très nombreux certains semblent de purs stabilisateurs de la synapse comme : LFA-1 ICAM-1 d'autres participent à l'activation comme : le Couple B7-CD28 le couple CD40-C40L CTLA-4 désactive L’IL2 Cytokine essentielle pour compléter l’activation du T Son origine est essentiellement autocrine

48. Première interaction : MHC -peptide -TCR B Th Si seule, pas d’activation (anergie) TCR HLA Classe II B7 CD28 Deuxième interaction: CD28-B7 B Activation complète Th CD40 C40L B7 CD28 Prolifération B Troisième interaction: CD40L-CD40 Th CD40 CD40L Cytokines

49. La transduction du signal La phase Initiale du signal antigénique entraîne : La redistribution à la surface de la cellule (rapprochement moléculaires) des parties intra cytoplasmiques du complexe CD3-TCR et de CD4 pour les Th et de CD8 pour les Tc Phosphorylation des ITAM ( grâce aux tyrosines kinases lck et fyn) puis ZAP-70 se fixe et phosphoryle la phospholipase Cg(PLCg) Ensuite 3 voies possibles :

50. La transduction du signal les 3 voies possibles 1 Diacyl Glycerol et du Ca++ Proteine kinase C NFkB 2 Inositol Phosphate Augmentation du Ca++ Activation calcineurine NFAT 3 Les GEF Voie des MAP Kinases AP-1